Dê as configurações eletrônicas do estado fundamental de \mathrm{V}^{5+}

Passo 1

O enunciado pede a configuração eletrônica do estado fundamental de \mathrm{V}^{5+}. As informações dadas são: o número atômico do vanádio é Z=23 (um átomo neutro de V tem 23 elétrons) e o íon tem carga +5 (perdeu 5 elétrons). A resolução identificará quantos elétrons restam no íon e escreverá a configuração eletrônica desses elétrons.

Passo 2

Para calcular o número de elétrons em \mathrm{V}^{5+}, subtraímos a carga positiva do número atômico:
\text{elétrons} = Z - 5 = 23 - 5 = 18.é
Logo, \mathrm{V}^{5+} tem 18 elétrons.

Passo 3

O esquema básico de preenchimento (Aufbau) para átomos neutros é: os orbitais são preenchidos aproximadamente na ordem
1s,\;2s,\;2p,\;3s,\;3p,\;4s,\;3d,\;4p,\;\dots
Para átomos neutros, os elétrons entram primeiro em 4s e depois em 3d. Isso é importante para íons porque 18 elétrons correspondem à configuração do gás nobre argônio \mathrm{Ar}.

Passo 4

Para determinar de onde remover elétrons, escrevemos a configuração do átomo neutro de vanádio. Para \mathrm{V} com 23 elétrons, preenchendo na ordem do passo anterior, obtemos
\mathrm{V}:\;[ \mathrm{Ar} ]\,4s^{2}\,3d^{3},
onde [ \mathrm{Ar} ] representa os 18 elétrons do núcleo eletrônico até 3p: 1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}.

Passo 5

Ao formar cátions, removemos primeiro os elétrons do maior número quântico principal n. Mesmo que 4s seja preenchido antes de 3d no esqueleto de Aufbau, os elétrons do 4s são removidos antes dos do 3d porque, ao ocupar, 4s fica com energia efetiva maior quando há vários elétrons presentes. Para metais de transição, removemos elétrons de 4s antes de remover de 3d.

Passo 6

Começamos com \mathrm{V}:\;[ \mathrm{Ar} ]\,4s^{2}\,3d^{3} e removemos 5 elétrons para obter \mathrm{V}^{5+}.
  • Removemos os 2 elétrons do 4s:
[ \mathrm{Ar} ]\,4s^{2}\,3d^{3} \longrightarrow [ \mathrm{Ar} ]\,4s^{0}\,3d^{3}.
  • Removemos os 3 elétrons restantes do orbital 3d:
[ \mathrm{Ar} ]\,3d^{3} \longrightarrow [ \mathrm{Ar} ]\,3d^{0}.
Após remover os 5 elétrons, restam os 18 elétrons do núcleo eletrônico até 3p, a configuração do argônio.

Passo 7

A configuração eletrônica de estado fundamental de \mathrm{V}^{5+} é a mesma de \mathrm{Ar}. Podemos escrever isso de duas formas equivalentes: usando a notação do gás nobre ou expandida em orbitais.

Resposta

[ \mathrm{Ar} ]
\,1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}

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